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DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA NATURALEZA

Juan Carlos Domingo Cabrera Página 1

TEMA 2: LA MATERIA: ESTADOS FÍSICOS

LOS GASES Y LA TEORÍA CINÉTICA

Las características fundamentales de los estados de la materia son las siguientes:

1. SÓLIDOS:

a. Forma constante.

b. Volumen constante.

c. No se expanden.

d. No se comprimen

2. LÍQUIDOS:

a. Forma variable.

b. Volumen constante.

c. No se expanden.

d. Se comprimen con dificultad.

3. GASES:

a. Forma variable.

b. Volumen variable.

c. Se expanden.

d. Se comprimen.

UNIDADES UTILIZADAS PARA MEDIR LAS PROPIEDADES DE LOS GASES

En esta Unidad Didáctica nos vamos a centrar en el estudio de las propiedades de los gases.

En los gases, la PRESIÓN (P), el VOLUMEN (V) y la TEMPERATURA (T) están estrechamente

relacionados, y dependen unas de otras.

El comportamiento de los gases se explica con la TEORÍA CINÉTICA DE LA MATERIA (también el

de los sólidos y los líquidos).

MAGNITUD SÍMBOLO UNIDAD EN EL S.I. OTRAS UNIDADES

Volumen V m3 l

Temperatura T K ºC

Presión P Pa (Kg/m2) mmHg, atm

Equivalencias entre unidades:

T (K) = T (ºC) + 273

T(ºC) = T (K) - 273

1 atm = 760 mmHg = 101325 Pa

TEORÍA CINÉTICA PARA LOS GASES

1. Los gases están formados por partículas muy pequeñas separadas unas de otras, en

continuo movimiento y chocando entre sí y contra las paredes del recipiente.

2. Los gases ocupan el volumen de todo el recipiente que los contiene.

3. La presión que ejerce un gas es debida a los choques de sus partículas contra las paredes

del recipiente que los contiene.

4. Cuanto más rápido se mueven las partículas del gas, mayor es su temperatura.



CONSECUENCIAS DE LA TEORÍA CINÉTICA PARA LOS GASES: DEFINICIÓN DEL CERO

ABSOLUTO DE TEMPERATURA

La temperatura del gas depende de la velocidad de sus partículas

A mayor velocidad: mayor temperatura

A menor velocidad: menor temperatura

Si comenzamos a bajar la temperatura de un gas:

la velocidad de sus partículas disminuye

llegará un momento en que las partículas dejarán de moverse: v = 0

y por lo tanto la temperatura no puede bajar más

Cuando esto ocurre la temperatura correspondiente

es de - 273,16 ºC

A esta temperatura se le llama CERO ABSOLUTO en la

escala Kelvin

T = 0 K = - 273,16 ºC



LEYES DE LOS GASES

Ya hemos estudiado que en los gases, las magnitudes P, V y T están íntimamente

relacionadas. Así, cuando una de ellas se mantiene constante (no varía), se estudian los cambios de

las otras dos. Esto es lo que hicieron en el S. XVIII varios científicos, dando estas experiencias como

resultado las llamadas LEYES DE LOS GASES. Lo que vamos a estudiar a continuación lo podemos

esquematizar en esta tabla:

T = cte V = cte P = cte

V = variable T = variable T = variable

P = medimos los cambios P = medimos los cambios V = medimos los cambios

LEY DE BOYLE-MARIOTTE LEY DE GAY-LUSSAC LEY DE CHARLES

1. LEY DE BOYLE-MARIOTTE.

Estudia las variaciones que experimenta la P de un gas al modificar el V manteniendo

constante la T.

En estas condiciones se comprueba que cuando aumenta V, disminuye P y viceversa, al

disminuir V, aumenta P.

Por tanto, V y P son magnitudes inversamente proporcionales y si representamos

gráficamente ambas magnitudes el resultado es una figura como esta (hipérbola equilátera):

V (l) P (atm) P . V

30 0,5 15

15 1,0 15

10 1,5 15

7,5 2,0 15

6,0 2,5 15

5,0 3,0 15

3,0 5,0 15

Enunciado de la Ley de Boyle-Mariotte: “Cuando un gas experimenta transformaciones a T = cte,

el producto de la P por el V permanece constante”

P . V = cte P1

. V1 = P2

. V2



Explicación de la Ley de Boyle-Mariotte según la Teoría Cinética:

• Sus partículas se van a mover siempre a igual velocidad

Si el gas se mantiene a T = cte durante

el proceso

• Ya que las partículas llegan antes a las paredes del recipiente y el número de choques será mayor

Si disminuimos V aumenta P

• Ya que las partículas tardan más en chocar con las paredes del recipiente pues tienen más camino que recorrer y por tanto habrá menos choques

Si aumentamos V disminuye

P



2. LEY DE GAY-LUSSAC.

Estudia las variaciones que experimenta la P de un gas cuando se modifica su T,

manteniendo constante el V del recipiente.

En estas condiciones se comprueba que al aumentar la T, aumenta la P y viceversa, al

disminuir la T, disminuye la P.

Por tanto, las magnitudes P y T son directamente proporcionales y si representamos

gráficamente estas variables obtendremos una línea recta:

T (K) P (atm) P/T

200 0,5 2,5 . 10-3

320 0,8 2,5 . 10-3

400 1,0 2,5 . 10-3

520 1,3 2,5 . 10-3

600 1,5 2,5 . 10-3

720 1,8 2,5 . 10-3

800 2,0 2,5 . 10-3

Enunciado de la Ley de Gay-Lussac: “Cuando un gas experimenta

transformaciones a V = cte, el cociente entre la P y la T permanece constante”.



Explicación de la Ley de Gay-Lussac según la Teoría Cinética:

• Las partículas se mueven con mayor velocidad

Si aumenta la T de un gas

• Las partículas se mueven con menor velocidad

Si disminuye la T de un gas

• No varía, permanece cte El V del

recipiente que contiene al gas

•Aumenta la velocidad de sus partículas

•Las partículas del gas llegan antes a las paredes del recipiente

•Aumenta el número de choques contra las paredes del mismo

•Por tanto aumenta la P

Al aumentar

la T del gas

•Disminuye la velocidad de sus partículas

•Las partículas del gas tardan más en llegar a las paredes del recipiente

•Disminuye el número de choques contra las paredes del mismo

•Por tanto disminuye la P

Al disminuir la T del gas



3. LEY DE CHARLES.

Estudia las variaciones que experimenta el V de un gas cuando varía la T, siendo P = cte.

En estas condiciones se comprueba que al aumentar T, aumenta V y viceversa, al

disminuir T, disminuye V.

Por tanto, V y T son magnitudes directamente proporcionales y si representamos

gráficamente estas variables obtendremos una línea recta:

T (K) V (l) V / T

100 2 2 . 10-2

150 3 2 . 10-2

200 4 2 . 10-2

250 5 2 . 10-2

300 6 2 . 10-2

350 7 2 . 10-2

400 8 2 . 10-2

Enunciado de la Ley de Charles: “Cuando un gas experimenta transformaciones a P

= cte, el cociente entre V y T permanece constante”



Explicación de la Ley de Charles según la Teoría Cinética:

• Aumenta la velocidad de las partículas de dicho gas, y viceversa

Si aumenta la T del gas

• El ritmo de choques de las partículas del gas contra las paredes del recipiente también debe ser constante

Si P = cte

• Para mantener la P = cte el V debe aumentar para mantener el ritmo de choques igual

• Ya que las partículas deben recorrer más camino hasta llegar a las paredes del recipiente

Si aumenta la T del gas, aumenta la velocidad de sus partículas

• Para mantener la P = cte el V debe disminuir para mantener el ritmo de choques igual

• Ya que las partículas deben recorrer menos camino hasta llegar a las paredes del recipiente

Si disminuye la T del gas,

disminuye la velocidad de sus

partículas



LOS ESTADOS DE LA MATERIA Y LA TEORÍA CINÉTICA

Esta teoría fue formulada por Maxwell y Boltzman para explicar el comportamiento de los gases,

aunque luego fue extendida a líquidos y sólidos. Los postulados de esta teoría son los siguientes:

a) La materia está formada por partículas que están más o menos unidas según sea su estado

de agregación.

b) Las partículas se mueven más o menos libremente según sea su estado de agregación. A

mayor T mayor velocidad de movimiento.

1. ESTADO SÓLIDO

• Mantienen la forma y el volumen

• No se comprimen ni se expanden

Las partículas que lo forman están fuertemente unidas

formando una estructura rígida y con movimiento de vibración.

Por eso:

• Tienen alta densidad Las partículas están muy

próximas entre sí, ocupando poco volumen, por este motivo:

•el sólido se dilata porque aumenta la vibración de las partículas

Cuando la temperatura aumenta



2. ESTADO LÍQUIDO

•La estructura no es tan rígida

•Aunque el volumen es constante, su forma se adapta a la forma del recipiente que los contiene

•Grupos de partículas se pueden deslizar unos sobre otros

La unión entre las partículas es más débil que en los sólidos ya

que el movimiento de vibración es más intenso. Por eso

•Los líquidos se pueden comprimir

•Al estar sus partículas menos agrupadas

•Ocupan más volumen que los sólidos

•Su densidad es menor que la de los sólidos

Como la estructura no es tan rígida y hay

grupos de partículas separadas:

•Porque aumenta la intensidad de la vibración

Al aumentar la temperatura, lo

liquidos se dilatan (más que los sólidos):



3. ESTADO GASEOSO

• Se expanden: tienden a ocupar todo el volumen del que disponen

• Se comprimen: podemos acercar las partículas fácilmente para que ocupen menos volumen

Las partículas están aisladas y tienen completa libertad

para moverse

•Ocupan el máximo volumen

• Son los que tienen menor densidad

Al estar las partículas más

separadas:



LOS CAMBIOS DE ESTADO

Los cambios de estado son un fenómeno físico: no se altera la naturaleza de la sustancia, sólo

cambia su estado de agregación.

Los cambios de estado son los siguientes:

Para que se produzca un cambio de estado hay que comunicar energía (calentar) o pueden

producirse quitando energía (enfriar):

Cambios de estado

Con pérdida o desprendimiento

de energía

Licuación

Solidificación

Sublimación inversa

Comunicando energía

Fusión

Vaporización

Sublimación



Temperatura de fusión: es la temperatura a la que se produce el paso de sólido a líquido.

Coincide con la de solidificación.

Temperatura de ebullición: es la temperatura a la que se produce el paso de líquido a gas.

Coincide con la de condensación.

Durante los cambios de estado la temperatura permanece constante

Si estamos calentando, la energía comunicada se utiliza en romper las uniones entre partículas y no en aumentar la velocidad de movimiento de dichas partículas (por eso no aumenta la temperatura)

Lo podemos ver en la siguiente gráfica de calentamiento de un sólido: vemos cómo va modificándose la temperatura cuando calentamos dicho sólido y cómo pasa primero a líquido y luego a gas

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